JPH02293802A - 偏波保持光ファイバカップラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の＋り用分野］ 本発明は、光通信ンステムやセンザ等で光信号を分岐す
るために用いられる光ファイバカソプラの中で、偏波が
保持される光ファイバカップラを実現する構造に関する
ものである。

［従来の技術および発明が解決しようとする課題］従来
より、偏波を利用する光伝送システム等で１本の伝送路
を伝搬する光信号を曳敗の伝搬路に分岐したり、あるい
は復敢の伝送路からの光信号を１本の伝送路へ重畳する
場合には、偏波を保持する光ファイバカップラが必要で
ある。特に、コヒーレント光伝送では偏波ダイバシティ
光回路が必要であり、偏波保持光ファイバカップラが用
いられている。また、光ファイバジャイロにも低損失な
偏波保持光ファイバカップラが使用されている。

ところで、偏波保持光ファイバカップラは、各種の構造
が提案され実用に供されている。

しかし、融着延伸で作製される偏波保持光ファイバカッ
プラにおいて低損失で低クロス１・−クは特性が得られ
る偏波保持光ファイバには、ＰＡＮＤ＾ファイバと呼ば
れる偏波保持光ファイバに限られている。

第６図はＰＡＮＤＡファイバで作製される偏波保持光フ
ァイバカップラの構造、第７図（ａ）は偏波保持光ファ
イバの断面図、同図（ｂ）は偏波保持光ファイバカップ
ラの断面図である。

これらの図において、１１ａ．１ｌｂは偏波保持光ファ
イバ，１２ａ，１２ｂはコア、１３ａ１３ｂは応力付与
部、１４は融着・延伸部、２ｌａ，２ｌｂ，２４ａ，２
４ｂはコア、２２ａ，２２ｂはクラッド、２３ａ．２３
ｂ，２６ａ，２６ｂは応ノノ付与部、２５は融着部であ
る。

第６図に示すように偏波保持光ファイバカップラでは、
偏波の主軸が互いに平行になっている。

しかし、融着・延伸部ｌ４では、第７図（ａ），（ｂ）
に示すように、応力付与部２３ａ，２３ｂの軟化温度が
クラッド２２ａ，２２ｂより低いため応力付与部２６ａ
，２６ｂが変形する。更に、隣合う偏波保持光ファイバ
の応力付与部が干渉するために、結果的にコア２４ａ，
２４ｂの複屈折率が融着・延伸前より減少する。このた
め、光ファイバカップラのクロストークが劣化してしま
う。

また、応力付与部は屈折率が低いため、延伸時に損失が
増加しやすい傾向にある。

従来の偏波保持光ファイバカップラにおいて最も大きな
問題となる点は、融着・延伸部に存在する複屈折率によ
って、第８図に示すようにＸ軸とｙ軸の結合度が異なる
点である。光合分波カップラのように延伸長が長い場合
にはこの差がさらに大きくなり、実用上極めて不便であ
り、適用対象によっては使用できない場合がある。また
、結合度が広波長特性を有する偏波保持光ファイバカソ
ブラの作製では、従来、融着・延伸の前に予め延伸して
非対称性を作るため、光ファイバカップラ作製時の融着
・延伸の程度が通常の光ファイバカップラより深くて損
失がＩｄＢ以上となり、損失低減の解決法がなかった。

本発明の目的は、単純分岐、光合分波特性あるいは広波
長特性を有し、かつ低損失で低クロストークの特性を有
し、しかもあらゆる偏波保持光ファイバに適用できる偏
波保持光ファイバカップラを実現することにある。

ところで、従来の単一モード光ファイバカップラは、単
純分岐以外に合分波や広波長域機能が容易にかつ低損失
に実現できる。しかも、結合度の偏波の依存性が極めて
小さいという特徴を有している。また、単一モード光フ
ァイバは、直線に放置しかつ側圧や曲げを加えない限り
、入射した直線偏波の回転や偏波姿態変動はほとんどな
い。本発明はこの単一モード光ファイバの特徴を生かし
たものである。

なお、このように既に完成されている単一モート光ファ
イバカップラを用い、その両端に偏波保持光ファイバを
融着・接続すればよいのではないかという考えがある。

しかし、この場合には、融着・接続のために単一モード
光ファイバカップラに余長が不可欠となり、光ファイバ
カップラの収納時に余長部を曲げることが避けられず、
その際に、偏波姿態が変動し、結果的に偏波保持光ファ
゛゜イバカップラの機能をなさないことになってしまう
。

本発明では、この偏波の変動の問題を解決できる構造を
提供するものであり、偏波保持光ファイバカップラの融
着・延伸部の光ファイバを通常の単一モード光ファイバ
とし、光ファイバカップラの両端には偏波の主軸が互い
に合致した偏波保持光ファイバを融着・接続している。

この点、従来の偏波保持光ファイバカップラは、すべて
偏波保持光ファイバからなっている。

［課題を解決するための手段］ （！）第１請求項に記載の偏波保持光ファイバカツブラ
は、 主軸が合致する前後の偏波保持光ファイバの間に短尺の
単一モード光ファイバを融着接続した２本の偏波保持光
ファイバからなり、 前記２本の偏波保持光ファイバの主軸を平行とし、かつ
それらの単一モード光ファイバの部分が融着・延伸によ
り偏波が保持された光結合器となっていることを特徴と
する。

（２）第２請求項に記載の偏波保持光ファイバカップラ
は、 前記２本の偏波保持光ファイバにおける単一モード光フ
ァイバは、コアパラメータまたはクラットパラメータが
ことなるものであることを特徴とする。

［作用］ 本発明の偏波保持光ファイバカップラは、偏波保持先フ
ァイバカップラの融着・延伸部の光ファイバを通常の単
一モード光ファイバとし、そして光ファイバカップラの
両端に、偏波の主軸が互いに合致した偏波保持光ファイ
バを融着・接続したことにより、偏波による結合度の差
をなくし、高性能であらゆる偏波保持光ファイバへの適
用を可能とする。

［実施例コ 以下、本発明の実施例を第１図ないし第５図に堰づいて
説明する。

（実施例ｌ） 第１図および第２図は、本発明の第１実施例説明するた
めの図であり、第１図（ａ）は偏波保持光ファイバの融
着前の構造図、同図（ｂ）は融着・延伸後の購造図であ
る。

これらの図において、４１ａ〜４．　Ｉ　ｄは偏波保持
光ファイバ、４２ａ，４２ｂは単一モード光ファイバ、
４３ａ〜４３ｄは偏波保持光ファイバのコア、４４ａ〜
４４ｄは応力付与部、４５ａ，４５ｂは単一モード光フ
ァイバのコア、４６ａ〜４６ｄは融着接続点、４７は融
着・延伸部である。

以下においては、ＰＡＮＤＡファイバと呼ばれる藺波保
持光ファイバを例にとって本実施例を説明４〜る。

まず、第１図（ａ）の融着前の偏波保持光ファイバを得
るための手段について説明する。

最初に、コアパラメータ比屈折率差Δ一０３％、カット
オフ波長１．２０７１ｚのＰＡＮＤＡファイバ４１ａと
単一モード光ファイバ４２２Ｌを融着接続する。接続損
失は波長１．３０μ雇においてＯＩｄＢ以下である。

次に、単一モード光ファイバ４２ａをＩＯｍｍ程度に成
るように切断し、再びＰＡＮＤＡファイバ４ｌｂを融着
接続する。この接続にあたっては、偏波保持光ファイバ
４１ａ，４ｌｂ同士の偏波主軸が合致するように、ＰＡ
ＮＤＡファイバを回転ずる。融着接続の結果は、２ケ所
の接続損失を含めると０．１５ｄＢであり、クロストー
クは−４５ｄＢであった。ＰＡＮＤＡファイバ４１ａ，
４Ｉｂ間に１（１＋ｘのＢ−モード光ファイバ４２ａが
あっても、その単一モード光ファイバ４２ａには曲げや
側圧か加わらないので、偏波が保持されている。

このようにして、ＰＡＮＤ＾ファイバ４ｌａ，４ｌｂの
間に単一モード光ファイバ４２ａを融着した１本の偏波
保持光ファイバを製作する。同様に、ＰＡＮＤ＾７アイ
バ４１ｃ，４１ｄの間に単一モード光ファイバ４２ｂを
融着した１本の偏波保持光ファイバを製作する。

このように製作した２本の偏波保持光ファイバを第１図
（ａ）に示すように用意し、融着・延伸装置」二で偏波
保持光ファイバ４１ａ，４１ｃを回転させて偏波の主軸
を平行に配列し、単一モード光ファイバ４２ａ，４２ｂ
を同図（ｂ）に示すように融着・延仲する。延仲中にＰ
ＡＮＤＡファイバ４ｌａ，４１ｃに導入した波長１．３
０μ肩と波長１．５５μ宵の光をそれぞれ測定する。そ
れぞれの波長の光が互いに１００％結合するまで延伸し
、基板に固定しケースに実装する。

このようにして作製した偏波保持合分波カップラの波長
特性は、第２図に示すように、Ｘ偏波ならびにｙ偏波の
いずれも同じ特性を示し、しから損失は波長１．３μｕ
ｘでＯ．ＩｄＢ．クロストークは波長１．３０μ屑と波
長１．５５μ１の両光とら−３７ｄＢという極めて良好
な特性を得た。

しかも、−２０℃〜８０℃の温度範囲でクロス１・ーク
の劣化は２ｄＢ以内にあった。

なお、この発明では第１図に示したような単一モード光
ファイバ４２ａ．４２ｂの両側に接続される偏波保持光
ファイバ４３ａ〜４３ｄの応力付与部４４２Ｌ〜４４ｄ
の位置は必ずしも一致しなくてもよく、互いに直角にな
っていてもよい。また、ＰＡＮＤＡファイバの代わりに
、別の偏波保持光ファイバに置き換えてもよい。また、
ＰＡＮＤ＾ファイバ構造でＸ偏波のみしか伝搬しない、
単一偏波ファイバを本発明に適用すれば、まだ報告され
ていない偏光子の機能を有する偏波保持光ファイバヵッ
プラが実現できる。

（実施例２） 第３図は広波長特性を有する本発明の偏波保持光ファイ
バカップラの構造図である。

図において、６１ａ〜６１ｄは偏波保持光ファイバ、６
２は標準単一モード光ファイバよりクラッド外径の大き
い単一モード光ファイバ、６３は標準の単一モード先フ
ァイバ、６４ａ〜６４ｄは偏波保持光ファイバのコア、
６５ａ〜６５ｄは応力付与部、６６．６７は同一パラメ
ータを有するコア、６８は融着・延伸部である。

以下においては、ＰＡＮＤＡファイバと呼ばれる偏波保
持光ファイバを例にとって本実施例を説明する。

６２はクラッド外径１３５μｌの単一モード光ファイバ
、６３はクラッド外径１２５μ！の単一モード光ファイ
バ、６６．６７は比屈折率差Δ一０．３％、カットオフ
波長１．２０μｍを持つコアである。

実施例ｌで記述した場合と同様に、まず、コアパラメー
タ比屈折率差Δ−０．３％、カットオフ波長１．２５μ
ｘのＰＡＮＤＡファイバ６１ａ，６１ｃと単一モード光
ファイバ６２、６３を融着接続する。ＰＡＮＤＡファイ
バ６１ａ〜６１ｄと標準単一モード光ファイバ６３の接
続損失は、波長１．３０μ肩において０．０５ｄＢ以下
であり、一方、クラッド外径の大きい単一モード光ファ
イバ６２の場合には０，ｌＯｄＢであった。

次に、単一モード光ファイバ６２、６３をｌＯ■程度に
成るように切断し、再びＰＡＮＤＡファイバを６ｌｂ，
６１ｄを融着接続する。この接続にあたっては、偏波保
持光ファイバ同士の偏波主軸が合致するように、ＰＡＮ
ＤＡファイバを回転する。融着接続の結果は、２ケ所の
接続損失を含めるとそれぞれ０．２０ｄＢとＯ．ｌｏｄ
Ｂであり、クロストークは−４３ｄＢと−４５ｄＢであ
った。

次に、融着・延伸装置の設定台においてＰＡＮＤＡファ
イバ６１ａ，６１ｃを回転して、それぞれのＰＡＮＤＡ
ファイバの偏波主軸を平行に配列して、単一モード光フ
ァイバ６２、６３を第３図（ｂ）に示すように融着・延
伸する。延伸中に結合度をモニターするために、ＰＡＮ
ＤＡファイバ６．１ａに導入した波長１．３０μ次の光
をＰＡＮＤＡファイバ６１ｂｆ３１ｄの出射端において
測定する。

また、広波長特性を得るために融着部の断面形状は８の
字状にしてある。波長１．４８μ鱈こおいて最大結合が
５３％になるように延伸し、基板に固定しケースに実装
する。その結果、第４図に示すように波長１．３０μ肩
と波長１．５５μ肩において５０％結合が得られた。ま
た、作製したＰＡＮＤＡファイバカップラのＸ偏波なら
びにｙ偏波のいずれの結合度はｌ％以内の差に入ってい
る。しかも、損失は波長１．３０μ肩〜波長１．５５μ
肩まで０．２ｄＢ，クロストークは波長１．３０μ肩お
よび波長１　５５μｌにおいて何れも−３５ｄＢという
良好な特性を得た。また、−　２　０　’Ｃ〜８０℃の
温度範囲でクロストークの劣化は２ｄＢ以内、結合度の
変動も１％以内にあった。

このような構成の光ファイバカップラは、単一モード光
ファイバのクラッド外径の差を変えることによって、最
大結合度ならびに広波長帯域を制御できる特徴がある。

（実施例３） 第５図は、広波長特性を得る構造とした本発明の実施例
である。

図において、７１ａ〜７１ｄはＰＡＮＤＡファイバ、７
２、７３は単一モード光ファイバ、７４ａ〜７４ｄは偏
波保持光ファイバのコア、７５ａ〜７５ｄは応力付与部
、７６．７７は異なるパラメータを有するコア、７８は
融着・延伸部である。

第５図（ａ）において、ＰＡＮＤＡファイバ７１ａ〜７
１ｄと単一モード光ファイバ７２．７３の接続は、前述
した実施例１、２の場合と同様の方法で作製されている
。

波長１．３０μｍ以上で使用される通常の単一モード光
ファイバの比屈折率差は０．３％程度があるが、ある程
度のばらつきがある。どこではカノｌ・オフ波長に着目
して、コア７６、７７にはそれぞれｌ，２５μＩｌｌ，
１．１０μ肩の単一モード光ファイバを使用している。

この光ファイバを融着切断形状が８の字状に軽く融着し
、引き続いて延伸し延伸長を１Ａ］整すると最大結合度
を５０％にすることができた。しかも、波長特性は実施
例２で述べたように波長１．３０μｍ〜波長１．５５μ
肩までフラソトな３ｄＢカップラを容易に実現できた。

またこの方法では、標準化された単一モード光ファイバ
の組合せで、広波長特性を自由に設定できるので実用的
である。

作製した偏波保持光ファイバヵノブラの特性は、波長１
　２０μλ〜波長１．６０μＩで結合度５０％±２％、
Ｘ偏波ならびにｙ偏波のいずれの結合度は１％以内、損
失は０．２５ｄｌ３、クロストークハ−　３　９　ｄ　
Ｂ、−２０℃〜８０′ｃの温度範囲でタロストークの劣
化は２ｄＢ以内、結合度の変動ｔ）１％以内という実施
例２の結果とほとんど変わらない結果を示した。

なお、本発明の光ファイバカップラにおいては、融着・
延伸部の融着形状、融着長ならびに延伸長を調整するこ
とにより、結合度が異なったり、光合分波機能を有し、
いずれの場合も偏波が保持される。

［発明の効果］ 以上述べたように、本発明によれば、融着・延伸部に単
一モード光ファイバを用いるので、偏波による結合度の
差のない偏波保持光ファイバカップラを提供することが
できる。

また、単一モード光ファイバの長さが極めて短くケース
の中にあるので、曲がりや側圧の影響を受けず、偏波の
クロストークが従来の偏波保持光ファイバカップラのク
ロストークよりはるかに良好である。しかも、損失か極
めて小さく、周囲温度の変動に対しても結合度や損失に
影響がほとんどない。

また、従来の偏波保持光ファイバカップラでは実現され
ていない合分波特性や広波長特性が、本発明によれば容
易に実現できる。

更に、本発明によれば、これまで報告されている各種の
偏波保持光ファイバ、例えば前述したＰＡＮＤＡファイ
バ、（株）日立製作所製の楕円ジャケットファイバ、サ
ザンプトン大のボークイファイ／＜　　ＡＴ＆Ｔの偏平
クラッドファイバの何れに対して乙本方法が適用できる
。当然ながら、ＰＡＮＤ＾ファイバと楕円ジャケットフ
ァイバの組合せもできる。

また、作製する上では、従来の偏波保持光ファイバカソ
ブラではＸ偏波とｙ偏波で結合度が異なるので、作製時
の結合度のモニタには偏波保持光ファイバの偏波主軸に
平行に直線偏波光を導入しなければならないが、本発明
では偏波光を考慮しなくてもよい長所がある。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の第１実施例を説明するた
めの図であり、第１図（ａ）は融着前の構造図、同図（
ｂ）は融着・延伸後の構造図、第２図は作製した波艮合
分波保持光ファイバカップラの結合度の波長特性図であ
る。 第３図および第４図は本発明の第２実施例としての広波
長特性を何する偏波保持光ファイバヵップラの説明図で
あり、第３図（ａ）は融着前の構造図、同図（ｂ）は融
着・延伸後の構造図、第４図は作製した広波長特性を有
する偏波保持光ファイバカップラの結合度の波長特性図
である。 第５図は本発明の第３実施例を説明するための図であっ
て、同図（ａ）は融着前の構造図、同図（ｂ）は融着・
延伸後のｊＲ造図である。 第６図はＰＡＮＤ＾ファイバで作製される偏波保持光フ
ァイバカップラの構造図、第７図（ａ）は偏波保持光フ
ァイバの断面図、同図（ｂ）は偏波保持光ファイバヵッ
プラの断面図、第８図は枯合度の波長特性図である。 Ｉｆａ，Ｉｌｂ・・・偏波保持光ファイバ１２ａ，１２
ｂ−コア、 １３ａ，１３ｂ・・・応力付与部、 ｌ４・・・融着・延伸部、 ２　１　ａ，　　２　ｌ　ｂ，　　２４　ａ，　　２４
　１）・・−＝：＋７、２２ａ，２２ｂ−クラッド、 ２　３　ａ　，　２　３　ｂ　，　２　６　ａ　，　２
　６　ｂ　一応力付与部、２５・・・融着部、 ４１ａ〜４１ｄ・・・偏波保持光ファイバ、４２ａ，４
２ｂ・・・単一モード光ファイバ、４３ａ〜４３ｄ・・
・偏波保持光ファイバのコア、４４ａ〜４４ｄ・・・応
力付与部、 ４５ａ，４５ｂ・・・単一モード光ファイバのコア、４
６ａ〜４６ｄ・・・融着接続点、 ４７・・・融着・延伸部、 ６１ａ〜６１ｄ・・・偏波保持光ファイバ、６２・・・
標準単一モード光ファイバよりクラッド外径の大きい単
一モード光ファイバ ６３・・・標準の単一モード光ファイバ、６４ａ〜６４
ｄ・・・偏波保持光ファイバのコア、６５ａ〜６５ｄ・
・応力付与部、 ６６．６７・・・同一パラメータを有するコア、６８・
・融着・延伸部、 ８　１　ａ　〜８　１　ｄ　＝４ＡＮＤ＾ファイバ、８
２．８３・・・単一モード光ファイバ、８４ａ〜８４ｄ
・・・偏波保持光ファイバのコア、５ａ〜８５ｄ・・・
応力付与部、 ６，８７・・・異なるパラメータを有するコア、８８・
・・融着・延伸部。 仮 長 （，ａｍ） Ｏ８ ○ ぼ 長 （，ｕｍ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）主軸が合致する前後の偏波保持光ファイバの間に
   短尺の単一モード光ファイバを融着接続した２本の偏波
   保持光ファイバからなり、 前記２本の偏波保持光ファイバの主軸を平行とし、かつ
   それらの単一モード光ファイバの部分が融着・延伸によ
   り偏波が保持された光結合器となっていることを特徴と
   する偏波保持光ファイバカップラ。
2. （２）前記２本の偏波保持光ファイバにおける単一モー
   ド光ファイバは、コアパラメータまたはクラッドパラメ
   ータがことなるものであることを特徴とする第１請求項
   に記載の偏波保持光ファイバカップラ。